생물학의 미해결 문제 목록

List of unsolved problems in biology
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다음에 대한 시리즈 일부
생물학
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생명의 과학
주요 구성 요소
나뭇가지
리서치
적용들

이 기사는 생물학에서 주목할 만한 미해결 문제들을 열거하고 있다.

일반생물학

진화와 생명의 기원

  • 생명의 기원. 정확히 어떻게 그리고 언제 지구상의 생명체가 생겨났을까? 많은 가설들 중 어느 것이 맞는가? 초기 생명체들이 사용한 신진대사 경로는 무엇이었을까?
    • 바이러스의 기원. 정확히 어떻게 그리고 언제 다른 종류의 바이러스들이 발생했는가?
    • 외계 생명체. 지구에서 유래하지 않은 생명체도 다른 행성에서 발전했을까? 이 생명체가 지적인가?
  • 성의 진화. 어떤 선택적 이점이 성적 재생산의 발전을 이끌었고, 어떻게 발전했는가?[1]
  • 뇌의 발달과 진화. 어떻게 그리고 왜 뇌가 진화했을까? 개별 뇌 발달의 분자 결정요인은 무엇인가?
  • 진핵생식물의 기원. 세포들이 어떻게 그리고 왜 결합하여 진핵세포를 형성했는가? 하나 이상의 무작위적인 사건이 최초의 진핵세포로 이어졌는가, 아니면 진핵세포의 형성이 물리적, 생물학적 원리에 의해 설명될 수 있는가? 미토콘드리아의 유사분열 주기는 어떻게 숙주세포와 일치하게 되었는가? 미토콘드리아나 핵이 진핵생물에서 먼저 발달했는가?
  • 마지막 범용 공통 조상. 마지막 보편적 공통 조상인 고고학, 박테리아, 진카리오테스의 특징은 무엇이었을까? 고고학과 유카리오테는 박테리아라는 영역에서 진화하였는가 아니면 박테리아에 기초하여 진화하였는가? 고고학과 진카리오테는 박테리아와 더 늦은 혹은 더 이른 공통 조상을 공유하고 있는가?

생화학 및 세포생물학

참고 항목: 가상의 생화학 유형
  • 알려지지 않은 모든 단백질은 무엇을 하는가? 최초의 진핵생물의 서열을 정리한 지 거의 20년이 지났지만, 단백질의 약 20%에 해당하는 "생물학적 역할"은 여전히 알려져 있지 않다.[2] 이 단백질들 중 많은 것들이 대부분의 진핵종들에 걸쳐 보존되어 있고 일부는 박테리아에 보존되어 있어 생명에 필수적인 역할을 나타낸다.[2][3][4]
  • 세포 크기의 결정 요인. 세포는 어떻게 나누기 전에 어떤 크기로 자랄지 결정하는가?
  • 골지 기구. 세포 이론에서, 단백질이 골지 기구를 통해 이동하는 정확한 이동 메커니즘은 무엇인가?
  • 약물의 작용 메커니즘. 리튬, 탈리도마이드, 케타민을[5] 포함한 많은 약물의 작용 메커니즘은 완전히 이해되지 않는다.
  • 단백질 폴딩. 접는 코드가 뭐야? 접이식 메커니즘은 무엇인가? 단백질의 아미노산 염기서열에서 단백질의 고유 구조를 예측할 수 있을까? 순서와 환경정보만으로 폴리펩타이드 시퀀스의 2차, 3차, 2차 구조를 예측할 수 있는가? 역 단백질 접힘 문제: 특정 환경 조건에서 주어진 구조를 채택할 폴리펩타이드 시퀀스를 설계할 수 있는가?[6][7] 이것은 2008년에 몇몇 작은 구상 단백질에 대해 달성되었다.[8] 2020년 딥마인드 인공지능 기반의 신경망인 구글 알파폴드는 연구팀이 사용하는 단백질의 시험 샘플에서 90% 정도의 정확도로 아미노산 체인으로만 단백질의 최종 모양을 예측할 수 있다고 발표했다.[9]
  • 효소 운동학: 왜 어떤 효소들은 분비보다 빠른 운동성을 보이는가?[10]
  • RNA 접기 문제: 폴리보핵산 염기서열의 2차, 3차, 2차 구조를 그 염기서열과 환경에 따라 정확하게 예측할 수 있는가?
  • 단백질 설계: 원하는 반응을 위해 고활성 효소 de novo를 설계할 수 있는가?[11]
  • 생합성: 원하는 분자, 천연물 또는 그 밖의 것들이 생합성 경로 조작을 통해 높은 수율에서 생산될 수 있는가?[12]
  • 단백질의 알로스테릭 전환의 메커니즘은 무엇인가? 조합된 순차적 모델은 가설이 제시되었지만 둘 다 검증되지 않았다.
  • 고아 수용기의 내생적 리간드는 무엇인가?
  • 내피에서 유래한 극지방화 인자는 어떤 물질인가?

기타

  • 움직임의 일관성. 운동 신경 자극이 거칠고 예측할 수 없는 것처럼 보여도 어떻게 그렇게 조절할 수 있을까?[13]
  • 어떻게 장기가 정확한 모양과 크기로 자랄까?[14] 장기의 최종 모양과 크기가 어떻게 그렇게 안정적으로 형성되는가? 이러한 과정은 부분적으로 히포 신호 경로에 의해 제어된다.
  • 생물학적 시스템을 개발하는 것이 시간을 말해줄 수 있을까?[14] 어느 정도, CLOCK 유전자에서 알 수 있듯이, 이 경우처럼 보인다.
  • 왜 아기들은 암으로 태어나는 일이 드물까?[15]

인간생물학

  • 손재주: 손이 어떻게 발달하고, 어떤 목적을 위해 봉사하는지, 오른손잡이가 왜 훨씬 더 흔한지, 왼손잡이가 왜 존재하는지는 불분명하다.
  • 웃음: 웃음이 사회적 소통의 한 형태로 진화했다는 것은 일반적으로 인정되지만, 인간을 웃게 하는 정확한 신경생물학적 과정은 잘 이해되지 않는다.
  • 하품: 하품의 생물학적 또는 사회적 목적이 무엇인지 아직 규명되지 않았다.[16]
  • 왜 인간은 지문을 가지고 있을까? 인간의 손가락에 있는 표피 능선의 기능(지문)은 잘 이해되지 않는다. 지문이 그립을 유지하는 데 도움이 된다는 이론은 반증되었다. 지문이 텍스처 인식에 어느 정도 역할을 할 가능성이 높지만 아직 증명되지 않았다.[17]
  • 남성의 정자 수 감소: 무엇이 20세기 이후 전세계적으로 정자수의 꾸준한 감소를 야기하고 있는지는 불분명하다.[18]
  • 19세기 이후 평균 인체 온도 저하: 의학 자료에 따르면 19세기 이후 평균 체온이 0.6℃ 감소했다고 한다. 미생물 노출 감소에 따른 염증 감소와 어느 정도 관련이 있다는 주장이 제기됐지만 원인은 불분명하다.[19]
  • 왜 혈액형이 있지? 혈액형을 갖게 된 기원과 목적이 무엇인지 불분명하다. O혈은 말라리아에 적응하고 혈액형이 다른 질병에 반응한다고 생각되지만 아직 이 가설은 증명되지 않았다. 애초에 왜 이런 항원이 발달했을까? 혈액형의 차이를 설명하는 것은 무엇인가? 혈액형의 차이는 얼마나 오래되었는가? 희귀한 비 ABO 혈액형의 수가 많은 이유는 무엇인가? 혈액형은 질병과 싸우는 데 어떤 역할을 하는가?[20]
  • 사진 재채기 효과: 무엇이 광자 재채기 효과를 유발하는가? 왜 그것은 보편적이지 않고 흔한가?
  • 인간의 성 페로몬: 인간 페로몬의 존재에 대한 모순된 증거가 있다. 그것들이 실제로 존재하는가, 만약 존재한다면, 그것들은 행동에 어떤 영향을 미치는가?[21]
  • Grapenberg 지점(G-spot): G스팟이 실제로 존재하는가? 만약 그렇다면 그것은 모든 여성들에게 존재하는가? 정확히 뭔데?[22]

신경과학과 인지

신경생리학

잠 수면의 생물학적 기능은 무엇인가? 우리는 왜 꿈을 꾸는가? 근본적인 뇌 메커니즘은 무엇인가? 마취와 어떤 관계가 있는가?
신경성플라스틱성 성숙한 두뇌는 얼마나 플라스틱인가?
일반 마취제 그것이 작동하는 메커니즘은 무엇인가?
신경정신과병 정신 질환(예: 조증, 조현병), 파킨슨병, 알츠하이머병, 중독과 같은 정신 질환의 신경 기반(원인)은 무엇인가? 감각기능이나 운동기능의 상실을 회복하는 것이 가능한가?
신경 계산 모든 다른 종류의 뉴런들은 무엇이고 그것들은 뇌에서 무엇을 하는가?

인식과 심리학

인식 및 결정 두뇌는 행동을 조절하기 위한 보상 가치와 노력(비용)을 어떻게 어디에서 평가하는가? 이전의 경험은 어떻게 인식과 행동을 바꾸는가? 뇌 기능에 대한 유전적, 환경적 기여는 무엇인가?
계산신경과학 신피질의 정보처리를 위한 행동전위의 정확한 타이밍이 얼마나 중요한가? 피질 기둥에 의해 수행되는 표준 계산이 있는가? 뇌의 정보는 큰 뉴런 회로의 집단적 역학관계에 의해 어떻게 처리되는가? 두뇌의 정보처리에 대한 설명에 적합한 단순화 수준은 어느 정도인가? 신경 코드가 뭐지?
계산적 정신 이론 컴퓨팅의 한 형태로서 사고를 이해하는 것의 한계는 무엇인가?
의식 주관적 경험, 인지, 깨어 있음, 주의력, 흥분, 주의력, 주의력, 주의력의 두뇌 기반은 무엇인가? '의식의 어려운 문제'가 있는가. 그렇다면 어떻게 해결되는가? 만약 있다면 의식의 기능은 무엇인가?[23][24]
자유 의지 특히 자유의지의 신경과학은
언어 어떻게 자연적으로 구현되는가? 의미적 의미의 기본은 무엇인가?
학습 및 기억력 우리의 기억은 어디에 저장되고 어떻게 다시 회수되는가? 어떻게 학습이 향상될 수 있을까? 명시적 기억과 암묵적 기억의 차이점은 무엇인가? 어떤 분자가 시냅스 태깅을 담당하는가?
누게네시스 - 지능의 출현과 진화 새로운 아이디어의 출현(조명, 창조성 합성, 직관, 의사결정, 유레카)의 법칙과 메커니즘, 온톨로제시스 등에서 개인의 정신의 발달(진화) 등은 무엇인가?
지각 어떻게 뇌는 감각 정보를 일관성 있고 사적인 개념으로 전달할까? 인식이 정리되는 규칙은 무엇인가? 내부 및 외부 사건에 대한 우리의 지각 경험을 구성하는 특징/개체는 무엇인가? 감각은 어떻게 통합되는가? 주관적 경험과 물리적 세계와의 관계는 무엇인가?

비인간생물학

생태, 진화, 고생물학

유기체 간의 상호작용과 환경에서의 유기체 분포와 관련된 미해결 문제는 다음과 같다.

  • 플랑크톤의 역설이지 식물성 플랑크톤의 높은 다양성은 경쟁 배제 원칙에 위배되는 것으로 보인다.
  • 캄브리아기 폭발. 캄브리아기 초기 무렵에 다세포 동물 생물이 급격히 다양해지면서 거의 모든 현대 동물 필라가 출현하게 된 원인은 무엇인가?
  • 위도 다양성 구배. 극지방에서 적도로 갈 때 생물다양성이 증가하는 이유는?
  • 다윈의 식물/식물들에 대한 가증스러운 미스터리. 꽃의 정확한 진화 역사는 무엇이며 화석 기록에 거의 현대적인 꽃들이 갑자기 나타난 원인은 무엇인가?
  • 성인의 형태인 파세토텍타. 이 동물의 성체 형태는 물 속에서 한번도 마주친 적이 없으며, 그것이 무엇으로 자랄지 미스테리로 남아 있다.
  • 뱀의 기원. 뱀은 굴을 파고 있는 도마뱀이나 수생 도마뱀으로부터 진화했을까? 두 가설 모두 증거가 있다.
  • 거북이의 기원. 거북이들은 anapids나 diapsids에서 진화했는가? 두 가설 모두 증거가 있다.
  • 에디아카란 생물군 에디아카란 바이오타는 어떻게 분류되어야 하는가? 그들이 어떤 왕국에 속해있는지도 불분명하다. 왜 그렇게 결정적으로 캠브리안 바이오타에 의해 쫓겨났을까?

윤리학

동물의 행동과 관련된 미해결 문제는 다음과 같다.

  • 호밍. 동물의 호밍을 허용하는 신경생물학적 메커니즘에 대한 만족스러운 설명은 아직 발견되지 않았다.
  • 몰려드는 것(행동) 새 떼와 박쥐 떼가 어떻게 그렇게 빨리 그들의 움직임을 조정하는지 완전히 이해되지는 않는다. 또한 큰 양떼의 목적은 그들을 보호하기보다는 포식자를 유혹하는 것처럼 보이는 별똥별의 그것과 같은 것도 아니다.[25]
  • 나비 이주. 캐나다와 미국 전역의 군주나비의 후손들이 몇 세대에 걸쳐 이주한 후에 어떻게 해서 비교적 작은 과우승 지역으로 돌아갈 수 있을까?
  • 흰긴수염고래. 흰긴수염고래의 성별에 대한 자료는 많지 않다.[26]
  • 갈 말벌. 갈말벌이 어떻게 식물에서 갈의 형성을 유도하는지는 대체로 알려져 있지 않다; 화학적, 기계적, 바이러스적 방아쇠가 논의되어 왔다.

비인간의 장기 및 생체분자

비인간의 장기, 프로세스 및 생체분자의 구조와 기능과 관련된 미해결 문제는 다음과 같다.

  • 알칼로이드. 이러한 물질을 생산하는 살아있는 유기체에서 이 물질의 기능은 알려져[27] 있지 않다.
  • 코라카에오타(아카에아) 이 고고학자의 신진대사 과정은 지금까지 명확하지 않다.
  • 로티퍼. 로티퍼(가소코엘로메이트 동물)의 역추장기의 기능은 무엇인가?
  • 글리코겐 몸. 새의 척수에 있는 이 구조의 기능은 알려져 있지 않다.
  • 절지동물 머리 문제. 다양한 절지동물 집단의 우두머리들의 부분적 구성과 그것들이 진화적으로 어떻게 서로 연관되어 있는지에 관한 오랜 동물학적 논쟁.
  • 돌묵상어의 난소. 암컷 돌묵상어의 오른쪽 난소만이 제 기능을 하는 것으로 보인다. 이유는 알 수 없다.
  • 밝은 색의 새알. 포식동물에 대한 가시성이 증가함에 따라 새들이 밝은 색상의 알을 갖게 될 진화 과정은 알려지지 않았다.[28]
  • 스테고사우르스 골격/스코트. 스테고룡의 골격/소독의 1차적 기능이 포식자로부터 보호, 성적 표시, 종 인식, 체온 조절 또는 다른 기능인지에 대한 오랜 논쟁이 있다.

참고 항목

참조

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